vermeidung sommerlicher Überwärmung – vergleich ......30 40 0 4 8 12 16 20 24 außentemperatur...

Vermeidung Sommerlicher Überwärmung –Vergleich Simulation mit Messung -Gesetzliche und normative Vorgaben

KLIMAAKTIV-TAGUNG 2019:SOMMERLICHE ÜBERWÄRMUNG IN NACHHALTIGEN GEBÄUDEN?

FH Wels, 26.11.2019

Mag. DI Robert KernöckerLand Oberösterreich – Abteilung Umweltschutz

DI Kernöcker

Amt der Oö. Landesregierung / Gruppe Bauphysik

Umweltdirektion / Abteilung Umweltschutz

Gruppe Bauphysik(10 Mitarbeiter)

• Wärmeschutz• Schallschutz / Raumakustik• Raumklima• Innenraum-Schadstoffe• Energieausweis• Bäder- und Sportstätten

(Haustechnik)• .......

DI Kernöcker

Überhitzung ist ein TOP-Thema

DI Kernöcker

innere Lasten Fenster &Sonnenschutz

Lüftung Speichermassen

Außenklima Haustechnik

Sommertauglichkeit von Gebäuden -Welche Einflussgrößen gibt es?

4

Kühlbedarf KB Kühlenergiebedarf KEB

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innere Lasten Fenster &Sonnenschutz

Lüftung Speichermassen

Außenklima Haustechnik

KB* - beschreibt die bauliche Qualität –nicht die Nutzung und auch nicht die Haustechnik!

5max. zul.Kühlbedarf KB*

(minimaler)Kühlenergiebedarf KEB

nur InfiltrationnL = 0,15 /h

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Der Temperatur-Behaglichkeitsparameter ist dieOperative Raumtemperatur – was ist das ?

Operative Raumtemperatur:Mittelwert der Raumlufttemperatur und derMitteltemperatur der Raumumschliessungsflächen

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a. vereinfachter Nachweis überSpeichermassen gemäßÖNORM B 8110-3 (2012)

nur für Wohngebäude(wenn Tagesmittelwert < 23 °C)

Pkt. 4.8 Sommerlicher Wärmeschutz (≠ Schutz vor Sommerlicher Überwärmung !)

OIB- RL 6 : 2015 (in Oö. BauTV verbindlich erklärt)

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b. Simulation bzw. Berechnungdes Tagesverlaufs deroperativen TemperaturB 8110-3 (2012)


Alternative für alle Wohn- undNichtwohngebäudeTop < 27 °C (für alle Standorte)



DI Kernöcker


b. Simulation bzw. Berechnungdes Tagesverlaufs deroperativen TemperaturB 8110-3 (2012)

c. Nachweis über KB*B 8110-6 (2014)


Alternative für alle Wohn- undNichtwohngebäudeTop < 27 °C (für alle Standorte)

MUSS für Nicht-Wohngebäude∗ ≤ 1,0 kWh/m3 a



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OIB- RL 6 : 2019 (in Oö. BauTV voraussichtlich 2020)


b. Simulation bzw. Berechnungdes Tagesverlaufs deroperativen Temperatur imRaum (im eingeschwungenen Zustand)Stand der Technik

c. Nachweis über KB*B 8110-6-1 (2018)


Wohn- und NichtwohngebäudeTop < 27 -29 °C (Standortabhängig)

MUSS für Nicht-Wohngebäude∗ ≤ 1,0 kWh/m3 a

Alternative für Wohngebäude∗ = 0,0 kWh/m3 a


DI Kernöcker

Was bedeutet KB* = 0 z.B. bei einem Einfamilienhaus?Objektbeschreibung: Einfamilienhaus A/V=0,70 BGF=181m²

DI Kernöcker

DI Kernöcker

Ergebnisse im Vergleich RL 6 : 2015 zu RL 6: 2019

Maßnahme KB* nach OIB RL 6 : 2015(kWh/m³ a)

KB* nach OIB RL 6: 2019(kWh/m³ a)

Kein Sonnenschutz 1,9 5,1

DI Kernöcker





Innenliegender Sonnenschutz 1,0 strahlungsabh. Regelung1,2 manuell oder zeitgesteuert

0,6 automatische Steuerung1,5 vorsorglich manuell2,1 manuelle Bedienung

DI Kernöcker







Außenliegender Sonnenschutzbei allen Fenstern

0,0 strahlungsabh. Regelung0,0 manuell oder zeitgesteuert


DI Kernöcker







Außenliegender Sonnenschutzbei allen Fenstern



Wie vorhin, jedoch beiNordfenster kein Sonnensch.


0,0 automatische Steuerung

Fazit:der schnellste und effektivste Nachweis gelingt, wenn alle Fester eine außenliegende(automatisch gesteuerte) Verschattung bekommen. Der Nutzer dankt es !

DI Kernöcker

Normative Methode zur Berechnung der OperativenTemperatur im Raum im eingeschwungenen Zustand

Schritt 1:Berechnung der NORMSOMMER - AUSSENTEMPERATUR TNAT 13das ist jeneTagesmitteltemperatur, die durchschnittlich an 13 Tagen pro Jahr überschritten wird(abhängig von Seehöhe und Katastralgemeinde) (siehe ÖNORM B 8110-5)

Zeit

Außentemperatur °C

TNAT 13

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Schritt 2:Ermittlung des Tagesverlaufs der Außentemperatur mittels dernormierten stundenweisen Tagesschwankung um den Tagesmittelwert(-7,28° bis + 6,64°)

Zeit

Außentemperatur °C

TNAT 13

DI Kernöcker


Schritt 3:Dieses Außenklima wird mit den Solarstrahlungs- und Sonnenstandsdaten des 15.Juli eines Jahresfestgelegt, immer wiederkehrend, Tag für Tag, bis sich das Gebäude in einen stabilen Zustandeingeschwungen hat.

Zeit

Außentemperatur °CAußenklima – immer wiederkehrend

DI Kernöcker


Schritt 4:die max. operative Temperatur im Raum ist die, durch Simulation ermittelte, max. operative Temperaturim (kritischten) Raum

10

20

30

40

0 4 8 12 16 20 24

Außentemperatur

Operative Temperatur

Zeit in Stunden

Temperatur in °C

DI Kernöcker

Linz, Zeitraum: 25.06.2019 bis 15.09.2019

Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 22.2 °C MAX 36.2 °C MIN 8.1 °C

Standort Linz:Reales Außenklima Norm-Methodik (TNAT,13) Teil 1

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Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 22.2 °C MAX 36.2 °C MIN 8.1 °CNorm-Sommer (TNAT,13 ) Linz: Mittelwert 22.5 °C MAX 29.1 °C MIN 15.2 °C

Standort Linz:Reales Außenklima Norm-Methodik (TNAT,13) Teil 2

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OIB RL 6: 2019 Pkt. 4.9: Warum nunmehr standortabhängig?

....Die sommerliche Überwärmung gilt als vermieden, wenn dieoperative Temperatur im Raum bei einem sich täglich periodischwiederholenden Außenklima mit dem standortabhängigenTagesmittelwert TNAT,13 den Wert von 1/3 * TNAT,13 + 21,8 °C nichtüberschreitet.

- warum standortabhängig?

- warum 1/3 ... Steigung ?

- woher die Formel?

DI Kernöcker

Warum Standortabhängigkeit ? – Beispiel Linz LenzingAußentemperatur LinzZeitraum: 16.05.2017 bis 14.07.2017


DI Kernöcker

Linz und LenzingZeitraum: 16.05.2017 bis 14.07.2017

Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 21.0 °C MAX 33.7 °C MIN 7.7 °CGemessene Temperatur Lenzing: Mittelwert 19.1 °C MAX 31.5 °C MIN 6.9 °C

Warum Standortabhängigkeit ? – ein Beispiel Linz Lenzing

Differenz Linz zu Lenzing:ca. + 2°C im Tagesmittel

DI Kernöcker

Entwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07(in diesem Punkt ident mit ÖNORM EN 15251 : 2007)Titel: Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung derEnergieeffizienz von Gebäuden Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik ― ModulM1-61Anhang A 1.2 Zulässige Innentemperaturen in Gebäuden ohne maschinelle KühlanlagenBild A1.2-1 — Auslegungswerte der operativen Innentemperatur für Gebäude ohne maschinelle Kühlanlagen inAbhängigkeit vom exponentiell gewichteten gleitenden Mittelwert der Außentemperatur

Achtung:θ rm ... exponentiell

gewichteter gleitenderTagesmittelwert derAußentemperatur

kein Stundenwert !!!

oper

ative

Temp

eratu

r

Tagesmitteltemperatur

DI Kernöcker

Entwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07(in diesem Punkt ident mit ÖNORM EN 15251 : 2007)

In Bild A1.2-1 sind empfohlene operative Innentemperaturenfür Gebäude ohne maschinelle Kühlanlagen dargestellt.Dieses alternative Verfahren gilt ausschließlich für Räume mitnutzergeregelter freier Lüftung ohne strengeBekleidungsvorschriften, in denen die thermischenBedingungen hauptsächlich von den Nutzern durch Öffnen undSchließen von Öffnungen in der Gebäudehülle geregeltwerden.

Die im vorliegenden Anhang angegebenenTemperaturgrenzen (für den Sommer) beruhen hauptsächlichauf Untersuchungen in Bürogebäuden. Aufgrund derallgemeinen Kenntnisse in Bezug auf die thermischeBehaglichkeit und menschliche Reaktionen kann jedochdennoch angenommen werden, dass diese Grenzen aufandere (vergleichbare) Gebäude zutreffen, in denen ebenfallsnahezu ausschließlich sitzende Tätigkeiten ausgeführt werden,wie etwa Wohngebäude. Besonders bei Wohngebäudensind die Möglichkeiten der (verhaltensmäßigen)Anpassung relativ groß: Der Metabolismus (Stoffwechsel)und die Menge der je nach herrschendenWitterungsbedingungen und der Innentemperaturgetragenen Bekleidung können relativ frei angepasstwerden.

oper

ative

Temp

eratu

r


ident mit OIB RL 6 : 2019: Top ≤ 1/3 * TNAT,13 + 21,8 °C

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DI Kernöcker

Entwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07Warum Kategorie II ?

DI Kernöcker

Reales Außenklima Norm-Methodik Tagesmittelwert gleitender Tagesmittelwert Teil 1



DI Kernöcker


Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 22.2 °C MAX 36.2 °C MIN 8.1 °CNorm-Sommer (TNAT,13 ) Linz: Mittelwert 22.5 °C MAX 29.1 °C MIN 15.2 °C


DI Kernöcker



DI Kernöcker

Übertragen auf den Entwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07bedeutet dies für den Sommer 2019:op

erati

veTe

mper

atur


DI Kernöcker

Zusammenfassend: Unterschiede zwischen KB* - Nachweisund Nachweis über operative Temperatur

Nachweis über Randbedingungen BemerkungKB* = 0 (Wohngebäude) Ermittelt über einen

Durchschnitts-Sommer

Berechnet für diekritischste Nutzungseinheit

Steuerung des Sonnenschutzesgeht in die Berechnung stark ein(automatisch, händisch)

De facto die strengste Anforderung– alle Fenster (außer Nord)müssen einen außenliegendenSonnenschutz haben

UND

Der Sonnenschutz mussautomatisch gesteuert sein

DI Kernöcker


Nachweis über Randbedingungen BemerkungKB* = 0 (Wohngebäude) Ermittelt über einen

Durchschnitts-Sommer

Berechnet für diekritischste Nutzungseinheit


De facto die strengste Anforderung– alle Fenster (außer Nord)müssen einen außenliegendenSonnenschutz haben

UND

Der Sonnenschutz mussautomatisch gesteuert sein

KB* < 1 (Nicht-Wohngebäude) Ermittelt über einenDurchschnitts-Sommer

Berechnet für diedas ganze Gebäude


Je geringer KB* ..desto geringer ist KB

Sommerlicher Wärmeschutz istgegeben

ABER:Sommerliche Überwärmung inallen Räumen gilt alsNICHT vermieden

Löst einen Kühlbedarf aus;Kühltechnikeinsatz hängt vonder Nutzung des Gebäudes ab

DI Kernöcker

Nachweis über Randbedingungen BemerkungTop eingehalten Heißer Sommertag

Berechnet für denkritischsten Raum

Beurteilt wird diewärmste Stunde im Raum

Sonnenschutz wird als immeraktiv angenommen

Sommerliche Überwärmung giltals vermieden(aber natürlich kann inAbhängigkeit vom realen Klima dieTemperatur im Raum über max.zul. Top gemäß Norm-Methodiksteigen)

KB* in der Regel ≠ 0;Löst einen Kühlbedarf aus;Kühltechnikeinsatz hängt vonder Nutzung des Gebäudes ab


DI Kernöcker

Schulzentrum Vor Sanierung

Nach Sanierung

Nach Sanierung

Vergleich Simulation mit MessungNMS Seewalchen am Attersee

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

ß Simulationsberechnung der Raumtemperatur mit realenWetterdaten und Vergleich mit den Messergebnissen;

Fragestellung: können die gemessen Raumtemperaturen mit derSimulation abgebildet werden – nicht nur in kurzen Zeitsequenzensondern über größere Zeiträume?

DI (FH) Berger

Ziele des Projektes

DI Kernöcker

• Standort: Seewalchen am Attersee; Seehöhe: 527 m ü.A.; Baujahr: ca. 1960• Monitoring Außenklima/Innenklima: Messung ab Frühjahr 2013, fortlaufend• Unterrichtsraum im Erdgeschoß – Ausrichtung Südost; Raumabmessungen: 9,5 x 6,5 x 3,0 m³• Personenanzahl: 22 Schüler, 1 Lehrperson (sowohl 2013 als auch 2015)• Nachtlüftung: Keine (Lt. Direktion bzw. Analyse der Datenlogger)• Keine Protokollierung der Fensteröffnungszeiten und der Zeiten, in denen die Verschattung aktiv ist.• Belichtungsfläche (Maße Architekturlichte): ca. 25 % der Nettogrundfläche ;

Fensterband 1,94 m hoch; (Mindestvorgabe lt. OIB-RL 3:2015 wäre 14%)• Energieträger Gas; während Untersuchungszeitraum der Simulation keine Heizung im Betrieb• Untersuchungszeitraum der Simulation mit realen Wetterdaten: 21.Mai bis 25.Juni jeweils 2013, 2015 und 2016• Thermische Sanierung: Sommer 2013 bis Herbst 2014

Projektdaten

Bauteil Vor der Sanierung Nach der Sanierung

Fensterglas 2,9 W/m²K // g-wert 0,7 0,81 W/m²K // g-Wert 0,6

Verschattung Horizontal auskragende Lamellen (2m); Vorhang Jalousie - Außenliegend

Außenwand 1,1 W/m²K 0,23 W/m²K

Zwischendecke Massiv Massiv und abgehängte Akustik-Decke

Oberste Geschoßdecke ca. 0,6 W/m²K 0,16 W/m²KDI (FH) Berger

DI Kernöcker

Außentemperatur-Mittelwert von 21.05. – 25.06.2013 beträgt 14,14 °CAußentemperatur-Mittelwert von 21.05. – 25.06.2015 beträgt 15,61 °C

Stundenmittelwerte der Außentemperaturim Zeitraum 21.05. – 25.06. 2013 und 2015

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Exakte Eingabeparameter:• Außentemperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Relative Feuchte (Messstation Land Oö.)• direkte Strahlung, diffuse Strahlung (Quelle: ZAMG)• Geometrie, Fenster, Ausrichtung, Bauteilaufbauten (aus Planunterlagen)• Personenanzahl (Schülerliste), Personenanwesenheit (Stundenplan: Unterrichtszeiten von 08:00 bis ca. 13:00;

nachmittags nur am Dienstag)• keine Nachtlüftung; Lüftung nur bei Anwesenheit von Personen

Annahme (in erster Näherung):• Luftwechsel bei Personenanwesenheit (d.h. Unterrichtszeiten, keine Nachtlüftung) – 35 m³/h/Person

(Defaultwert 8110-3)• nach Sanierung: Verschattung aktiv von 08:00 bis 18:00 (unabhängig von direkter Sonnenstrahlung); Fc = 0,14• Geräteabwärme entsprechend Defaultwert 8110-3

Anmerkungen zur IDA ICE Simulation:• Keine Ganzjahressimulation!

Zeitraum von 21.05. – 25.06. mit realen Wetterdaten, davor synthetische Werte (Außentemperatur gemessen,Sonneneinstrahlung angenähert)

Parameter im Simulationsprogramm IDA ICEwurden so realitätsnah wie möglich eingegeben

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2015 (nach Sanierung)Außentemperatur

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2015 (nach Sanierung)Außen- und Innentemperatur

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2015 (nach Sanierung)wie vorhin plus Simulation Innentemperatur

Fazit: sehr gute Übereinstimmung zwischen Simulation mit realen Wetterdaten und Messung;nach der Einschwingphase (davor keine realen Wetterdaten) ist Abweichung sehr gering

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Kritik könnte lauten:Die Parameter (die nicht genau bekannt sind), insbesondere Luftwechsel undVerschattung, wurden so hingetrimmt, dass eine Übereinstimmung in dieser Qualitätzustande gekommen ist.

Verteidigung der Ergebnisse:a) Simulation des Folgesommers 2016 mit unveränderter Parametereinstellung (ausgenommenWetterdaten, Personenanzahl und Personenbelegung); wenn eine ähnlich gute Übereinstimmungzustande kommt, dann ist die Simulation kein Zufallstreffer.

b) weiterer Test: Simulation des Sommers 2013, also vor Sanierung; Verschattung an Situationvor Sanierung angepasst (Lamellen und Vorhang), sonst detto

Kritik: Gute Übereinstimmung zwischen Simulation undMessung ist hingetrimmt: Ja / Nein?!

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2016 ( 2. Sommer nach Sanierung)Außentemperatur

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2016 ( 2. Sommer nach Sanierung)Außen- und Innentemperatur

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Fazit: im Sommer 2016 ebenfalls sehr gute Übereinstimmungnach der Einschwingphase Abweichung ebenfalls sehr gering

Sommer 2016 ( 2. Sommer nach Sanierung)wie vorhin plus Simulation Innentemperatur

Fazit: personenbezogener Luftwechsel und Personenabwärme gemäßDefaultwerte der Norm als plausibel im Mittel bestätigt

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2013 (vor Sanierung): Außen- und InnentemperaturSimulation: ohne Verschattung, ohne Vorhang

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2013 (vor Sanierung): Außen- und InnentemperaturSimulation: Lamellen (2m auskragend), ohne Vorhang

DI (FH) Berger

DI Kernöcker

Sommer 2013 (vor Sanierung): Außen- und InnentemperaturSimulation: wie vorhin jedoch mit Vorhang (08:00 – 18:00)

Fazit: Test bestanden; Reale Raumklimata lassen sich durch Simulation (auch wennnicht stundengenaue Inputparameter bekannt sind) relativ gut abbilden

DI (FH) Berger

DI Kernöcker DANKE für Ihre Aufmerksamkeit

vermeidung sommerlicher Überwärmung – vergleich ......30 40 0 4 8 12 16 20 24 außentemperatur...

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